KR100721952B1 - 유기 전계 발광 표시 장치 및 그의 제조 방법 - Google Patents

유기 전계 발광 표시 장치 및 그의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 발광 효율 및 소자 수명이 향상된 유기 전계 발광 표시 장치 및 그의 제조 방법에 관한 것으로, 본 발명의 유기 전계 발광 표시 장치는 절연 기판 상에 형성된 제 1 전극; 상기 제 1 전극 상에 형성된 정공 주입층; 상기 정공 주입층 상에 형성되고, 유기용제에 가용성이며 정공수송기를 갖는 올리고머 또는 고분자 물질로 이루어지며 상기 정공주입층과 발광층의 HOMO 준위 값 사이에 해당되는 제 1 정공수송층; 상기 제 1 정공수송층 상에 형성되고, 유기용제에 가용성이며 정공수송기를 갖는 올리고머 또는 고분자 물질로 이루어지며 상기 정공주입층과 상기 발광층의 HOMO 준위 값 사이에 해당되는 제 2 정공수송층; 상기 정공 수송층 상에 형성된 상기 발광층; 상기 발광층 상에 형성된 전자 주입층; 및 상기 전자 주입층 상에 형성된 제 2 전극을 구비하여 이루어질 수 있다.
유기 전계 발광 표시 장치, 다층 정공 수송층

Description

유기 전계 발광 표시 장치 및 그의 제조 방법{Organic Light Emitting Device and method of fabricating the same}
도 1은 종래의 유기 전계 발광 표시 장치를 설명하기 위한 개략적인 단면도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 전계 발광 표시 장치를 설명하기 위한 개략적인 단면도.
도 3 및 도 4는 유기 전계 발광 표시 장치의 구성에 따른 전류 효율 및 소자 수명을 설명하기 위한 도면.
(도면의 주요 부위에 대한 부호의 설명)
200; 절연 기판 210; 제 1 전극
220; 정공 주입층 230; 정공 수송층
231; 제 1 정공 수송층 233; 제 2 정공 수송층
240; 발광층 250; 전자 주입층
260; 상부 전극
본 발명은 유기 전계 발광 표시 장치 및 그의 제조 방법에 관한 것으로, 더 욱 상세하게는 정공 주입층을 적층막 형태로 구성하여 발광 효율 및 소자 수명이 향상된 유기 전계 발광 표시 장치 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 평판 표시 장치 중 하나인 유기 전계 발광 표시 장치는 전자(electron) 주입 전극(cathode)과 정공(hole) 주입 전극(anode)으로부터 각각 전자(electron)와 정공(hole)을 발광층 내부로 주입시켜, 주입된 전자(electron)와 정공(hole)이 결합한 엑시톤(exciton)이 여기 상태로부터 기저 상태로 떨어질 때 발광하는 발광 표시 장치이다.
이러한 원리로 인해 종래의 박막 액정 표시 소자와는 달리 별도의 광원을 필요로 하지 않으므로 소자의 부피와 무게를 줄일 수 있는 장점이 있다.
또한, 상기 유기 전계 발광 표시 장치는 구동하는 방식에 따라 패시브 매트릭스형(passive matrix type)과 액티브 매트릭스형(active matrix type)으로 나눌 수 있다.
상기 패시브 매트릭스형 유기 전계 발광 표시 장치는 그 구성이 단순하여 제조 방법 또한 단순 하나 높은 소비 전력과 표시 소자의 대면적화에 어려움이 있으며, 배선의 수가 증가하면 할수록 개구율이 저하되는 단점이 있다.
따라서, 소형의 표시 소자에 적용할 경우에는 상기 패스브 매트릭스형 유기 전계 발광 표시 장치를 사용하는 반면, 대면적의 표시 소자에 적용할 경우에는 상기 액티브 매트릭스형 유기 전계 발광 표시 장치를 사용한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여, 종래의 유기 전계 발광 표시 장치를 설명한다.
도 1은 종래의 유기 전계 발광 표시 장치를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 1을 참조하면, 종래의 유기 전계 발광 표시 장치는 절연 기판(100) 상의 제 1 전극(110) 및 제 2 전극(160)과, 상기 제 1 전극(110) 및 제 2 전극(160) 사이에 형성된 유기막으로 구성된다. 이때, 상기 유기막은 정공 주입층(120, HIL), 정공 수송층(130, HTL), 발광층(140, EML) 및 전자 주입층(150, ETL)이 적층된 구조로 이루어진다.
이러한, 종래의 유기 전계 발광 표시 장치는 상기 제 1 전극(110) 및 제 2 전극(160)을 통하여 전류, 즉, 제 1 전극(110) 및 제 2 전극(160) 중 어느 하나, 예를 들면, 애노드 전극으로 작용하는 제 1 전극(110)을 통하여 정공을, 제 1 전극(110) 및 제 2 전극(160) 중 다른 하나, 예를 들면, 캐소드 전극으로 작용하는 제 2 전극(160)을 통하여 전자를 흘려보내면, 상기 정공과 전자가 상기 발광층(140, EML)에서 결합하게 되며, 이로 인하여 빛을 발하게 된다.
한편, 상기한 바와 같은 종래의 유기 전계 발광 표시 장치는 상기 유기막을 구성하는 각각의 층에 의하여 발광 효율 및 수명이 결정된다.
따라서, 근래에는 유기 전계 발광 표시 장치의 발광 효율 및 수명을 향상시키기 위하여 다양한 연구가 수행되고 있다.
본 발명의 목적은 정공 주입층을 적층막 형태로 구성하여 발광 효율 및 소자 수명이 향상된 유기 전계 발광 표시 장치 및 그의 제조 방법를 제공하는 데에 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 유기 전계 발광 표시 장치는 절연 기판 상에 형성된 제 1 전극; 상기 제 1 전극 상에 형성된 정공 주입층; 상기 정공 주입층 상에 형성되고, 유기용제에 가용성이며 정공수송기를 갖는 올리고머 또는 고분자 물질로 이루어지며 상기 정공주입층과 발광층의 HOMO 준위 값 사이에 해당되는 제 1 정공수송층; 상기 제 1 정공수송층 상에 형성되고, 유기용제에 가용성이며 정공수송기를 갖는 올리고머 또는 고분자 물질로 이루어지며 상기 정공주입층과 상기 발광층의 HOMO 준위 값 사이에 해당되는 제 2 정공수송층; 상기 정공 수송층 상에 형성된 상기 발광층; 상기 발광층 상에 형성된 전자 주입층; 및 상기 전자 주입층 상에 형성된 제 2 전극을 구비하여 이루어질 수 있다.
삭제
삭제
상기 정공 주입층, 제 1 정공 수송층, 제 2 정공 수송층 및 발광층의 homo 준위 값은 순차적인 것이 바람직하다.
삭제
상기 정공 수송층은 그 전체 두께는 100Å 내지 1000Å인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 유기 전계 발광 표시 장치의 제조 방법은 절연기판 상에 형성된 제 1 전극 상에 정공주입층을 형성하는 단계; 상기 정공주입층 상에 유기용제에 가용성이며 정공수송기를 갖는 올리고머 또는 고분자 물질로 이루어지며 상기 정공주입층과 발광층의 HOMO 준위 값 사이에 해당되는 제 1 정공수송층을 형성하는 단계; 상기 제 1 정공수송층 상에 유기용제에 가용성이며 정공수송기를 갖는 올리고머 또는 고분자 물질로 이루어지며 상기 정공주입층과 상기 발광층의 HOMO 준위 값 사이에 해당되는 제 2 정공수송층을 형성하는 단계; 상기 제 2 정공수송층 상에 상기 발광층을 형성하는 단계; 상기 발광층 상에 전자주입층을 형성하는 단계; 및상기 전자주입층 상에 제 2 전극을 형성하는 단계를 포함한다.
삭제
상기 정공 수송층은 스핀-코팅법(spin-coating), 캐스트 방법(cast method), 잉크젯 방법(ink-jet method), 침적 방법(dipping metjod) 및 인쇄법(printing method) 중 선택되는 어느 하나의 방법인 습식 방법(wet process)을 수행한 후, 열경화, UV 경화 및 이들의 복합 공정 중 어느 하나를 통하여 형성하는 것이 바람직하다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 전계 발광 표시 장치를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 전계 발광 표시 장치는 절연 기판(200) 상에 형성된 제 1 전극(210) 및 제 2 전극(260)과, 상기 제 1 전극(210) 및 제 2 전극(260) 사이에 형성된 유기막을 구비하는 구조로 이루어진다.
이때, 상기 유기막은 상기 제 1 전극(210) 상에 형성된 정공 주입층(220, HIL, Hole Injection Layer), 상기 정공 주입층(220) 상에 형성되어 적어도 제 1 정공 수송층(231, HTL, Hole Tranfer Layer) 및 제 2 정공 수송층(233, HTL)을 구비하여 다층 구조로 이루어지는 정공 수송층(230, HTL), 상기 정공 수송층(230) 상 에 형성되어 전자, 정공의 결합을 통하여 빛을 발하는 발광층(240, EML, Emitting Layer) 및 상기 발광층 상에 형성된 전자 수송층(250, ETL, Electron Transfer Layer)을 구비하여 이루어진다.
또한, 상기 절연 기판(200)은 상기 유기 전계 발광 표시 장치의 구동 형태에 따라, TFT의 구비 여부가 결정된다. 즉, 상기 절연 기판(200)은 상기 유기 전계 발광 표시 장치가 액티브 매트릭스형으로 구동되는 경우에는 TFT를 구비하며, 이때, 상기 제 1 전극(210) 및 제 2 전극(260) 중 어느 하나, 예를 들면, 애노드 전극으로 작용하는 제 1 전극(210)은 상기 TFT와 전기적으로 연결됨은 자명하다.
또한, 상기 절연 기판(200)은 상기 유기 전계 발광 표시 장치가 패시브 매트릭스형으로 구동되는 경우에는 TFT를 구비하지 않으며, 상기 제 1 전극(210) 및 제 2 전극(260)은 외부 회로 모듈과 직접 전기적으로 연결될 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 일 실시예에 따른 유기 전계 발광 표시 장치의 제조 공정을 통하여 보다 상시히 설명하기로 한다.
우선, 절연 기판(200) 상에 제 1 전극(210)을 형성한다. 이때, 상기 제 1 전극(210)은 유기 전계 발광 표시 장치의 화소 영역을 정의하는 화소 전극으로 작용하며, 또한, 정공 또는 전자의 주입 여부에 따라 애노드 전극 또는 캐소드 전극으로 작용한다. 본 발명에서는 상기 제 1 전극(210)이 애노드 전극으로 작용함을 예를 들어 설명한다.
상기 제 1 전극(210)을 형성한 후, 상기 제 1 전극(210) 상에 정공 주입층(220)을 형성한다. 이때, 상기 정공 주입층(220)은 PEDOT과 같은 thiophene계 물 질, PANI 등의 aniline계 물질, PPy와 같은 pyrrole계 물질 및 이의 혼합물 중 선택되는 어느 하나의 전도성 고분자 물질로 이루어질 수 있으나, 본 발명에서 그 재질을 한정하는 것은 아니다.
또한, 상기 정공 주입층(220)은 상기 고분자 물질에 금속 나노 입자(nano particle), 금속 나노 선(nano wire), 무기 도전성 나노 입자, 무기 도전성 나노 선, C60, C70 및 CNT(carbon nano tube) 중 선택되는 어느 하나의 나노 구조체를 함유하여 이루어질 수도 있다.
또한, 상기 정공 주입층(220)은 상기 고분자 물질에 Na, Li, K, As, 및 Sb 중 선택되는 어느 하나를 함유하여 이루어질 수도 있다.
또한, 상기 정공 주입층(220)은 CuPc, TNATA, TCTA 및 TDAPB 중 선택되는 어느 하나의 저분자 물질로 이루어질 수도 있다. 상기 정공 주입층(220)이 저분자 물질로 이루어지는 경우에는 증착 공정을 통하여 형성된다.
상기 정공 주입층(220)을 형성한 후, 상기 정공 주입층(220) 상의 제 1 정공 수송층(231)을 형성하고 상기 제 1 정공 수송층(231) 상에 제 2 정공 수송층(233)을 형성하여, 상기 제 1 정공 수송층(231) 및 제 2 정공 수송층(233)으로 이루어지는 정공 수송층(230)을 형성한다.
이때, 상기 제 1 정공 수송층(231) 및 제 2 정공 수송층(233)을 이루는 물질의 homo 준위 값은 상기 정공 주입층(220)과 상기 발광층(240)의 homo 준위 값 사이에 해당되는 것이 바람직하며, 제 1 정공 수송층(231) 및 제 2 정공 수송층(233)의 homo 준위 값은 순차적인 것이 바람직하다. 예를 들면, 상기 제 1 정공 수송층 (231) 및 제 2 정공 수송층(233)은 유기 용제에 가용성이며, 정공 수송기를 갖는 올리고머 또는 고분자 물질로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 정공 수송층(230)은 스핀-코팅법(spin-coating), 캐스트 방법(cast method), 잉크젯 방법(ink-jet method), 침적 방법(dipping metjod) 및 인쇄법(printing method) 중 선택되는 어느 하나의 방법인 습식 방법(wet process)을 수행한 후, 열경화, UV 경화 및 이들의 복합 공정을 통하여 형성되며, 그 전체 두께는 100Å 내지 1000Å인 것이 바람직하다.
상기 정공 수송층(230)을 형성한 후, 상기 정공 수송층(230) 상에 전자와 정공이 결합하여 빛을 발하는 발광층(240)을 형성한다.
이때, 상기 발광층(240)은 발광층(240)이 발하는 빛의 색에 따라 그 재료가 다양하다. 예를 들면, 상기 발광층(240)이 적색광을 발하는 경우, Alq3(호스트)/DCJTB(형광도판트), Alq3(호스트)/DCM(형광도판트), CBP(호스트)/PtOEP(인광 유기금속 착체) 등의 저분자 물질과 PFO계 고분자, PPV계 고분자등의 고분자물질로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 발광층(240)이 녹색광을 발하는 경우, Alq3, Alq3(호스트)/C545t(도판트), CBP(호스트)/IrPPy(인광 유기금속 착체) 등의 저분자 물질과 PFO계 고분자, PPV계 고분자등의 고분자물질로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 발광층(240)이 청색광을 발하는 경우, DPVBi, 스피로-DPVBi, 스피로-6P, 디스틸벤제(DSB), 디스티릴아릴렌(DSA) 등의 저분자 물질과 PFO계 고분자, PPV계 고분자등의 고분자물질로 이루어질 수 있다.
상기 발광층(240)을 형성한 후, 상기 발광층(240) 상에 전자 주입층(250)을 형성한다. 이때, 상기 전자 주입층(250)은 Al, Ga, Zn 및 Be계 유기 화합물, oxadiazole, triazole, benzimidazole 및 quinoxaline계 유기 화합물, 옥사디아졸계 고분자 물질 및 이의 등가물 중 선택되는 어느 하나로 이루어질 수 있다.
상기 전자 주입층(250)을 형성한 후, 상기 전자 주입층(250) 상에 제 2 전극(260)을 형성한다. 이때, 상기 제 1 전극(210)이 애노드 전극으로 작용하므로, 상기 제 2 전극(260)은 캐소드 전극으로 작용하게 된다.
이후에는 봉지 등의 일반적인 유기 전계 발광 표시 장치의 제조 공정을 수행하여 본 발명의 유기 전계 발광표시 장치를 제조한다.
한편, 도 3 및 도 4는 유기 전계 발광 표시 장치의 구성에 따른 전류 효율 및 소자 수명을 설명하기 위한 도면이다.
도 3 및 도 4에 도시된 A, B, C 및 D 각각의 소자 구성은 표1과 같다.
A B C D
제 1 전극 ITO ITO ITO ITO
정공 주입층 PEDOT:PSS (80nm) PEDOT:PSS (80nm) PEDOT:PSS (80nm) PEDOT:PSS (80nm)
제 1 정공 수송층 없음 HTL-1 고분자 (30nm) 없음 HTL-1 고분자 (15nm)
제 2 정공 수송층 없음 없음 HTL-2 고분자 (30nm) HTL-2 고분자 (15nm)
발광층 Fluorene계 청색발광 고분자 (60nm) Fluorene계 청색발광 고분자 (60nm) Fluorene계 청색발광 고분자 (60nm) Fluorene계 청색발광 고분자 (60nm)
전자 수송층 LiF (1.5nm) LiF (1.5nm) LiF (1.5nm) LiF (1.5nm)
제 2 전극 Mg-Ag (10:1, 50 nm) Mg-Ag (10:1, 50 nm) Mg-Ag (10:1, 50 nm) Mg-Ag (10:1, 50 nm)
상기 표 1에서 상기 HTL-1 고분자는 fluorene-alt-bis-N,N'-phenyl-1,4-phenylenediamine계 교대 고분자이며, 상기 HTL-2 고분자는 fluorene-alt-triphenylamine계 교대 고분자이다. 또한, HOMO 준위는 PEDOT:PSS, 5.1~5.2eV, HTL-1, 5.26eV, HTL-2, 5.45eV, fluorene계 청색 발광 고분자, 5.64eV의 값을 나타낸다.
또한, 상기 A, B, C 및 D 각 소자는 하기와 같이 형성된다.
우선, ITO가 형성된 절연 기판을 초순수세정-유기세정-UV/오존세정을 순차적으로 수행하여, 세정하고, 상기 ITO 상에 PEDOT:PSS 스핀코팅 후 190℃에서 10분간 건조한다. 그런 다음, 상기 PEDOT:PSS 상에 HTL-1 및 HTL-2를 스핀코팅 후 250℃에서 10분간 건조하고, 청색발광 고분자는 질소분위기, 150℃에서 증착하고, 20분간 건조한다. 상기 청색 발광 고분자를 형성한 후, LiF 및 Mg-Ag는 증착기에서 순차적으로 열증착하여 성막한다. 최종적으로 상기 A, B, C 및 D 각 소자는 질소 분위기에서 밀봉한다.
상기한 바와 같은 상기 A, B, C 및 D 각 소자의 전류 효율 및 소자 수명이 도시된 도 3 및 4를 참조하면, D 소자가 가장 우수한 전류 효율 및 소자 수명을 갖는 것을 알 수 있다.
즉, 제 1전극/정공 주입층/발광층/전자 주입층/제 2 전극 또는, 제 1 전극/정공 주입층/단일 전자 수송층/발광층/전자 주입층/제 2 전극으로 이루어진 소자에 비하여 제 1전극/정공 주입층/다중 전자 수송층/발광층/전자 주입층/제 2 전극으로 이루어진 구조의 전류 효율 및 소자 수명이 우수함을 알 수 있다.
상기한 바와 같은 본 발명의 유기 전계 발광 표시 장치는 정공 주입층이 다층 구조로 이루어짐으로써, 그 발광 효율 및 수명이 향상된다.
상기한 바와 같이 본 발명에 따르면, 본 발명은 정공 주입층을 적층막 형태로 구성하여 발광 효율 및 소자 수명이 향상된 유기 전계 발광 표시 장치 및 그의 제조 방법을 제공할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (9)

  1. 절연 기판 상에 형성된 제 1 전극;
    상기 제 1 전극 상에 형성된 정공 주입층;
    상기 정공 주입층 상에 형성되고, 유기용제에 가용성이며 정공수송기를 갖는 올리고머 또는 고분자 물질로 이루어지며 상기 정공주입층과 발광층의 HOMO 준위 값 사이에 해당되는 제 1 정공수송층;
    상기 제 1 정공수송층 상에 형성되고, 유기용제에 가용성이며 정공수송기를 갖는 올리고머 또는 고분자 물질로 이루어지며 상기 정공주입층과 상기 발광층의 HOMO 준위 값 사이에 해당되는 제 2 정공수송층;
    상기 정공 수송층 상에 형성된 상기 발광층;
    상기 발광층 상에 형성된 전자 주입층; 및
    상기 전자 주입층 상에 형성된 제 2 전극을 구비하는 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 표시 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 정공 주입층, 제 1 정공 수송층, 제 2 정공 수송층 및 발광층의 homo 준위 값은 순차적인 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 표시 장치.
  5. 삭제
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 정공 수송층은 그 전체 두께는 100Å 내지 1000Å인 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 표시 장치.
  7. 절연기판 상에 형성된 제 1 전극 상에 정공주입층을 형성하는 단계;
    상기 정공주입층 상에 유기용제에 가용성이며 정공수송기를 갖는 올리고머 또는 고분자 물질로 이루어지며 상기 정공주입층과 발광층의 HOMO 준위 값 사이에 해당되는 제 1 정공수송층을 형성하는 단계;
    상기 제 1 정공수송층 상에 유기용제에 가용성이며 정공수송기를 갖는 올리고머 또는 고분자 물질로 이루어지며 상기 정공주입층과 상기 발광층의 HOMO 준위 값 사이에 해당되는 제 2 정공수송층을 형성하는 단계;
    상기 제 2 정공수송층 상에 상기 발광층을 형성하는 단계;
    상기 발광층 상에 전자주입층을 형성하는 단계; 및
    상기 전자주입층 상에 제 2 전극을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 표시 장치의 제조방법.
  8. 삭제
  9. 제 7항에 있어서,
    상기 정공 수송층은 스핀-코팅법(spin-coating), 캐스트 방법(cast method), 잉크젯 방법(ink-jet method), 침적 방법(dipping metjod) 및 인쇄법(printing method) 중 선택되는 어느 하나의 방법인 습식 방법(wet process)을 수행한 후, 열경화, UV 경화 및 이들의 복합 공정 중 어느 하나를 통하여 형성하는 것을 특징으로 하는 유기 전계 발광 표시 장치의 제조 방법.
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